DE3884571T2

DE3884571T2 - Steering column connection.

Info

Publication number: DE3884571T2
Application number: DE88310587T
Authority: DE
Inventors: Bryan Jones
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1987-12-04
Filing date: 1988-11-10
Publication date: 1994-03-03
Anticipated expiration: 2008-11-11
Also published as: EP0319149A3; GB8728414D0; US4927174A; CA1310199C; EP0319149A2; GB2213233A; DE3884571D1; EP0319149B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine in einem Kraftfahrzeug anzuwendende Lenksäulenverbindung, zur Erleichterung der Montage einer Lenksäulenwelle in das Fahrzeug.This invention relates to a steering column connection to be used in a motor vehicle, for facilitating the assembly of a steering column shaft in the vehicle.

Im herkömmlichen Verfahren wird bei Zahnstangenlenkungen die Zahnstange in das Motorabteil eingebaut, wobei eine Ritzelwelle, die die Zahnstange antreibt, durch eine Trennwand in das Insassenabteil hineinragt. Das untere Ende der Lenkwelle wird dann mit der Ritzelwelle verbunden. Andere Arten von Lenkgetrieben können über eine ähnliche Säule verfügen, die in die Trennwand hineinragt, und in dieser Spezifikation wird auf die Ritzelwelle - oder ihr Äquivalent - als Flanschwelle Bezug genommen.In the traditional method, rack and pinion steering systems have the rack installed in the engine compartment, with a pinion shaft driving the rack extending through a bulkhead into the passenger compartment. The lower end of the steering shaft is then connected to the pinion shaft. Other types of steering gear may have a similar column extending into the bulkhead, and in this specification the pinion shaft - or its equivalent - is referred to as a flanged shaft.

Die Formung der ineinanderpassenden Enden der Flanschwelle und der Lenkwelle mittels teleskopartig ineinandergreifenden mit Keilprofilen bearbeiteten Teilstücken ist bekannt, doch diese erfordert, daß die beiden mittels einer relativ axialen Bewegung montiert werden, ein Vorgang der in dem beengten Raum, wo das Ineinandergreifen erfolgt, nicht immer leicht durchzuführen ist. Besonders schwierig wird dies, wenn die Lenkwelle eine dreiteilige Ausführung ist, da es dann während des Ineinandergreifens der mit Keilprofilen bearbeiteten Teilstücke schwierig ist, den Rest der Säule zu stützen.Forming the mating ends of the flange shaft and the steering shaft by means of telescopically interlocking splined sections is known, but this requires that the two are assembled by means of a relatively axial movement an operation that is not always easy to carry out in the confined space where the engagement takes place. This is particularly difficult when the steering shaft is a three-piece design, since it is then difficult to support the rest of the column during the engagement of the splined sections.

Gemäß GB-PS 1 223 828, entsprechend der Präambel 1 von Anspruch 1, ist auch die Verwendung einer Drehverbindung mit einem V-förmigen Bett, in dem die Flanschwelle nicht-drehbar befestigt werden kann, bekannt. Dies umgeht die Notwendigkeit, daß die ineinanderpassenden Enden sich in einer rein axialen Richtung einander annähern müssen, erfordert jedoch das Anbringen einer Sperre zur Verschließung des V-förmigen Bettes nach der Positionierung der Flanschwelle.According to GB-PS 1 223 828, according to the preamble 1 of claim 1, the use of a rotary joint with a V-shaped bed in which the flange shaft can be non-rotatably mounted is also known. This obviates the need for the mating ends to approach each other in a purely axial direction, but requires the provision of a lock to close the V-shaped bed after the flange shaft has been positioned.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Lenksäulenverbindung zur Verbindung an eine nicht gerundete Welle erstellt, wobei die Verbindung ein Verbindungsgelenk umfaßt, welches über eine längliche Auskehlung mit einem Querschnitt verfügt, der komplementär zu dem der Welle verläuft, wobei die Auskehlung auf einer Seite geöffnet ist, um die Welle und die Verbindung einschließlich eines Bolzens, der zur Festklemmung der Welle in der Auskehlung festgezogen werden kann, aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht gerundete Welle eine Flanschwelle ist, die mit einem Zahnstangen-Bedienungselement verbunden ist, und so beschaffen ist, daß sie um eine längliche Achse gedreht werden kann zur Bedienung der Zahnstange, wobei das Verbindungsgelenk zum unteren Ende der Lenkwelle hin drehbar ist und der Bolzen so angeordnet ist, daß er auf der Verbindung gefangen ist, jedoch längsseitig entlang der Verbindung zwischen einer ersten Position, wo er die Seitenöffnung der Auskehlung nicht verschließt, und einer zweiten Position, wo er festgezogen werden kann, um die Flanschwelle in der Auskehlung festzuklammern, verschoben werden kann.According to the present invention there is provided a steering column connection for connection to a non-rounded shaft, the connection comprising a connecting joint having an elongate groove with a cross-section complementary to that of the shaft, the groove being open on one side to receive the shaft and the connection including a bolt which can be tightened to clamp the shaft in the groove, characterized in that the non-rounded shaft is a flanged shaft connected to a rack operating element and is adapted to be rotated about an elongate axis to operate the rack, the connecting joint being rotatable towards the lower end of the steering shaft and the bolt being arranged to be captured on the connection but longitudinally along the connection between a first position where it does not close the side opening of the groove and a second position where it is tightened can be moved to clamp the flange shaft in the groove.

Eine Verbindung dieser Art erfordert zur ordnungsgemäßen Befestigung der Lenkwelle an der Flanschwelle das Anziehen eines einzigen Bolzens, der, darüber hinaus, an der Säule gefangen ist, damit er während der Montage nicht herunterfallen kann.A connection of this type requires the tightening of a single bolt to properly secure the steering shaft to the flange shaft, which, moreover, is captured on the column so that it cannot fall off during assembly.

Der Bolzen ist vorzugsweise in solcher Weise konstruiert, daß er sich nach der korrekten Positionierung der Flanschwelle in der Auskehlung nicht drehen kann, und daß eine am Bolzen angebrachte Mutter dann mit einem einzigen Werkzeug straffgezogen werden kann.The bolt is preferably designed in such a way that it cannot rotate after the flange shaft has been correctly positioned in the groove, and that a nut fitted to the bolt can then be tightened with a single tool.

Die Auskehlung kann vorteilhafterweise ein im allgemeinen V-förmiger Kanal sein, der aus einer in geeigneter Weise gefalteten Metallplatte geformt sein kann. Die beiden gegenüberliegenden Flanken, die die offene Seite der Auskehlung definieren, können parallel verlaufende Schlitze beherbergen, und der Bolzen kann diese Schlitze passieren und ist längsseitig in diesen Schlitzen verschiebbar. Die Schlitze können parallel zur Achse der Auskehlung verlaufen oder über zwei miteinander verbundene, parallele Bereiche in unterschiedlicher Entfernung vom Zentrum des Schlitzes verfügen, so daß der Bolzen zum Zentrum der Auskehlung hinausgerichtet ist, wenn er sich einem Ende des Schlitzes nähert.The groove may advantageously be a generally V-shaped channel which may be formed from a suitably folded metal plate. The two opposite flanks defining the open side of the groove may accommodate parallel slots and the bolt may pass through and be longitudinally slidable in these slots. The slots may be parallel to the axis of the groove or may have two interconnected parallel regions at different distances from the centre of the slot so that the bolt is directed towards the centre of the groove as it approaches one end of the slot.

Der Bolzen kann über einen nicht gerundeten Bereich zwischen seinen Enden verfügen, der so angeordnet ist, daß er gegen die Flanschwelle positioniert ist, um die Drehung des Bolzens während des Festziehens einer Mutter auf ihm zu verhindern. Wenn der nicht abgerundete Bereich auf dem Bolzen größer ist als die Breite des Schlitzes, in dem der Bolzen sich in seiner Ritzel-Sicherungsposition befindet, so wird die Verbindung von Flansch- und Lenkwelle aufrechterhalten, selbst wenn die Mutter auf dem Bolzen sich lockern sollte.The bolt may have a non-rounded area between its ends arranged to be positioned against the flange shaft to prevent rotation of the bolt during tightening of a nut on it. If the non-rounded area on the bolt is greater than the width of the slot in which the bolt is located in its pinion locking position, the connection of Flange and steering shaft are maintained even if the nut on the bolt should become loose.

Der Bolzen kann über einen sich verjüngenden, nicht abgerundeten Bereich verfügen, so daß die Mutter fest auf dem Bolzen angezogen werden kann, während die Welle fest in die Auskehlung auf dem Verbindungsgelenk eingzwängt wird.The bolt may have a tapered, non-rounded portion so that the nut can be tightly tightened onto the bolt while the shaft is tightly constrained into the groove on the joint.

Der Bolzen kann an einer Muffe befestigt sein, die entlang der Verbindung zwischen der ersten und zweiten Position gleiten kann. Die Muffe kann über zwei mit Abstand voneinander angeordnete Seiten verfügen, zwischen denen sich der Bolzen erstreckt. Durch Festziehen einer Mutter auf dem Bolzen werden dann die beiden Seiten zusammengezogen, so daß das Ritzel festgeklemmt wird. Alternativ kann die Muffe die Verbindung ganz einkreisen, und der Bolzen kann radial durch ein Gewindebohrloch auf der Muffe hindurchgeführt werden und kann direkt gegen die Flanschwelle in der Auskehlung geführt und festgezogen werden. In diesem Fall ist keine separate Mutter erforderlich.The bolt may be attached to a sleeve which can slide along the joint between the first and second positions. The sleeve may have two spaced-apart sides between which the bolt extends. Tightening a nut on the bolt then draws the two sides together so that the pinion is clamped. Alternatively, the sleeve may completely encircle the joint and the bolt may pass radially through a tapped hole on the sleeve and may be passed and tightened directly against the flange shaft in the groove. In this case, no separate nut is required.

Diese Erfindung bezieht sich auch auf eine Lenksäulenanordnung in einem Kraftfahrzeug, in der eine Lenksäule mit einer Verbindung gemäß vorstehender Beschreibung mit einer Flanschwelle verbunden ist, die an ein Bedienungselement eines Lenkgetriebes, typischerweise ein Ritzel einer Zahnstangenlenkung, angebracht ist.This invention also relates to a steering column assembly in a motor vehicle in which a steering column is connected by a connection as described above to a flange shaft which is attached to an operating element of a steering gear, typically a pinion of a rack and pinion steering.

Diese Erfindung wird nun anhand von Beispielen näher beschrieben, wobei Bezug genommen wird auf die Begleitzeichnungen, worin:This invention will now be further described by way of example with reference to the accompanying drawings in which:

Figur 1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführung einer Lenksäulenverbindung gemäß vorliegender Erfindung ist;Figure 1 is a side view of a first embodiment of a steering column connection according to the present invention ;

Figur 2 ein Querschnitt durch die Verbindung von Figur 1 auf der Linie II-II ist;Figure 2 is a cross-section through the junction of Figure 1 on the line II-II;

Figur 3 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführung einer Lenksäulenverbindung gemäß vorliegender Erfindung ist;Figure 3 is a side view of a second embodiment of a steering column connection according to the present invention;

Figur 4 ein Querschnitt durch die Verbindung von Figur 3 auf der Linie IV-IV ist;Figure 4 is a cross-section through the junction of Figure 3 on the line IV-IV;

Figur 5 ein Schnitt durch den Bolzen von Figur 4 auf der Linie V-V ist;Figure 5 is a section through the bolt of Figure 4 on the line V-V;

Figur 6 eine Seitenansicht einer dritten Ausführung einer Lenksäulenverbindung gemäß vorliegender Erfindung ist;Figure 6 is a side view of a third embodiment of a steering column connection according to the present invention;

Figur 7 ein Querschnitt durch die Verbindung von Figur 6 auf der Linie VII-VII ist;Figure 7 is a cross-section through the junction of Figure 6 on the line VII-VII;

Figur 8 eine Seitenansicht einer vierten Ausführung einer Lenksäulenverbindung gemäß vorliegender Erfindung ist; undFigure 8 is a side view of a fourth embodiment of a steering column connection according to the present invention; and

Figur 9 ein Querschnitt durch die Verbindung von Figur 8 auf der Linie IX-IX ist:Figure 9 is a cross-section through the connection of Figure 8 on the line IX-IX:

Figur 1 zeigt das untere Ende 10 einer Lenksäule, die in einer Gabel 12 endet, und eine Flanschwelle 14, die durch eine Trennwand 16 hindurchgeführt wird und an einem (nicht dargestellten) Lenkgetriebe auf der anderen Seite der Trennwand befestigt istFigure 1 shows the lower end 10 of a steering column which ends in a fork 12 and a flange shaft 14 which passes through a partition 16 and is attached to a steering gear (not shown) on the other side of the partition

Ein Verbindungsgelenk 18 ist mit der Gabel 12 am unteren Ende der Säule ist mittels eines herkömmlichen Universalgelenks verbunden. Wie aus Figur 2 ersichtlich wird, ist das Verbindungsgelenk aus Blech gebildet, das so gebogen ist, daß es einen V-förmigen Kanal formt, und das Flanschwellenende 14 (welches eine komplementäre Form hat) paßt in die Auskehlung.A connecting joint 18 is connected to the fork 12 at the lower end of the column by means of a conventional universal joint. As can be seen from Figure 2, the connecting joint is made of sheet metal, which is bent to form a V-shaped channel, and the flange shaft end 14 (which has a complementary shape) fits into the groove.

Die beiden Seiten 18a und 18b des Verbindungsgelenks sind durch einen Bolzen 20 verbunden, der die Schlitze 22, 24 passiert und mit einer Mutter 26 versehen ist. Der Bolzen hat ein Kopfende 28 und ein vergrößertes Mittelstück 30, das nicht gerundet ist. Weder das Kopfende, noch das vergrößerte Mittelstück passen durch den Schlitz 22, doch der Schlitz 22 hat an einem Ende eine Öffnung 32, durch die der Bolzen mit dem Verbindungsgelenk verbunden montiert werden kann.The two sides 18a and 18b of the joint are connected by a bolt 20 which passes through the slots 22, 24 and is provided with a nut 26. The bolt has a head end 28 and an enlarged middle part 30 which is not rounded. Neither the head end nor the enlarged middle part fit through the slot 22, but the slot 22 has an opening 32 at one end through which the bolt can be mounted connected to the joint.

Die Schlitze 22, 24 haben eine Dogleg-Form, so daß der größte Teil der längsseitig gleitenden Bewegung von der Position der Welle 14 wegführt. Erst im letzten Teil der Bewegung nähert sich der Bolzen der Flanschwelle, und der nicht gerundete Bereich 30 blockiert die Welle, so daß der Bolzen sich nicht drehen kann, und die Mutter 26 fest angezogen werden kann. Es wird sich allerdings aus den Dispositionen aller Teile zeigen, daß, selbst wenn die Mutter 26 sich lockern oder gar vom Bolzen abfallen sollte, der Bolzen die Welle 14 und das Verbindungsgelenk 18 trotzdem sicher zusammenhalten wird und somit ermöglichen wird, daß Steuerbewegungen übertragen werden.The slots 22, 24 have a dogleg shape so that most of the longitudinal sliding movement is away from the position of the shaft 14. Only in the last part of the movement does the bolt approach the flange shaft and the non-rounded area 30 blocks the shaft so that the bolt cannot rotate and the nut 26 can be tightened. However, it will be seen from the dispositions of all the parts that even if the nut 26 should loosen or even fall off the bolt, the bolt will still hold the shaft 14 and the connecting joint 18 securely together and thus enable control movements to be transmitted.

Bei Anwendung wird der Bolzen zum oberen Ende der Schlitze geschoben, so nahe wie möglich an das untere Ende der Säule 10. Die Säule wird im Fahrzeug positioniert und das Verbindungsgelenk wird wie in den Strichellinien in Figur 1 dargestellt, positioniert. Nachdem das untere Ende der Säule und die Flanschwelle 14 korrekt ausgerichtet worden sind, wird das Verbindungsgelenk 18 drehbar an der Flanschwelle angebracht. Der Bolzen 20 wird entlang der Schlitze 22, 24 zu den unteren Enden der Schlitze geschoben, wo er festgezogen wird.In use, the bolt is pushed to the top of the slots, as close as possible to the bottom of the column 10. The column is positioned in the vehicle and the connecting joint is positioned as shown in the dashed lines in Figure 1. After the bottom of the column and the flange shaft 14 have been correctly aligned, the connecting joint 18 is pivotally attached to the flange shaft. The bolt 20 is pushed along the slots 22, 24 to the lower ends of the slots where it is tightened.

Figuren 3, 4 und 5 zeigen eine alternative Anordnung, wobei die Schlitze 122 , 124 gerade sind, und wobei der Bolzen 120 über einen sich verjüngenden, quadratischen und nicht gerundeten Bereich 130 verfügt. Der Schlitz 122 ist weiter als der Schlitz 124, um die Positionierung des Bolzens zu ermöglichen. Aufgrund der im Querschnitt asymmetrischen Form der Flanschwelle 114, drückt die Mutter, wenn sie auf der Bolzenverjüngung festgezogen wird, beide Seiten des Verbindungsgelenks zusammen und drückt die Flanschwelle außerdem auf den Grund der V-förmigen Auskehlung.Figures 3, 4 and 5 show an alternative arrangement, wherein the slots 122, 124 are straight, and wherein the bolt 120 has a tapered, square and non-rounded portion 130. The slot 122 is wider than the slot 124 to allow for the positioning of the bolt. Due to the asymmetrical cross-sectional shape of the flange shaft 114, the nut, when tightened on the bolt taper, compresses both sides of the joint together and also presses the flange shaft to the bottom of the V-shaped groove.

Die Figuren 6, 7, 8 und 9 zeigen weitere alternative Konstruktionen. In den Figuren 6 und 7 verstärkt eine Muffe 234 den Bolzen 220 und gleitet entlang des Verbindungsgelenks 218 zwischen zwei Endpositionen. Der nicht gerundete Bereich des Bolzens verhindert, daß der Bolzen sich wegdreht, indem er entweder die Flanschwelle 214 oder die Seitenwände des Verbindungsgelenks 218, oder beides, berührt.Figures 6, 7, 8 and 9 show further alternative designs. In Figures 6 and 7, a sleeve 234 reinforces the bolt 220 and slides along the joint 218 between two end positions. The unrounded portion of the bolt prevents the bolt from rotating away by contacting either the flange shaft 214 or the side walls of the joint 218, or both.

In den Figuren 8 und 9 verfügt eine Muffe 334 über ein Gewindeloch 336 und einen Gewindestift 338, der in das Loch hineingedreht ist. Die Muffe läßt sich entlang des Verbindungsgelenks 318, wie in der Ausführung der Figuren 6 und 7, verschieben, und nachdem sie in ihre Endposition gebracht worden ist, wird die Schraube gegen die Flanschwelle 314 festgezogen.In Figures 8 and 9, a sleeve 334 has a threaded hole 336 and a threaded pin 338 screwed into the hole. The sleeve can be slid along the connecting joint 318, as in the embodiment of Figures 6 and 7, and after it has been brought into its final position, the screw is tightened against the flange shaft 314.

Bei Verwendung der hierin beschriebenen Konstruktionen ist es möglich, die Lenksäule/das Zahnstangengelenk zu befestigen, ohne irgendwelche losen, kleinen Teile, wie zum Beispiel Muttern und Bolzen in dem beengten Arbeitsraum eines Kraftfahrzeug-Fußraums positionieren zu müssen. Die Säule selbst kann akkurat positioniert und befestigt werden, bevor das Gelenk sicher befestigt wird, und das Festdrehen des Gelenks zum Abschließen des Befestigungsprozesses erfordert nur ein einziges Werkzeug zum Festdrehen einer Mutter auf einem Gewinde, das gegen Drehung gesichert ist.Using the constructions described herein, it is possible to mount the steering column/rack joint without having to position any loose small parts such as nuts and bolts in the confined working space of a motor vehicle footwell. The column itself can be accurately positioned and tightened before the joint is securely fastened, and tightening the joint to complete the fastening process requires only a single tool for tightening a nut onto a thread that is secured against rotation.

In den Ausführungen der Figuren 1 und 2 wird vor allem auch für den Fall, daß die Mutter 26 sich lockern oder abfallen sollte, das Gelenk in der befestigten Position verbleiben.In the embodiments of Figures 1 and 2, the joint will remain in the fastened position, especially if the nut 26 should become loose or fall off.

Claims

1. Steering column connection for connection to a non-rounded shaft (14, 114, 214, 314), which comprises a connection via a connecting joint (18, 118, 218, 318) with a longitudinal groove with a cross-section that is complementary to that of the shaft, the groove being open on one side to accommodate the shaft (14, 114, 214, 314) and the connecting joint (18, 118, 218, 318) including a bolt (20, 120, 220, 338) that can be tightened to clamp the shaft (14, 114, 214, 314) in the groove, characterized in that the non-rounded shaft has a flange shaft (14, 114, 214, 314) connected to a rack operating element and arranged to be rotatable about an elongate axis to operate the rack, and in that the connecting joint is rotatably mounted on the lower end of a steering shaft (10), and the bolt (20, 120, 220, 338) is arranged to be captured on the connecting joint (18, 118, 218, 318) but is longitudinally displaceable along the connection (18, 118, 218, 318) between a first position where it does not close the side opening of the groove and a second position where it can be tightened to hold the flange shaft (14, 114, 214, 314) in the groove to cling on.

2. A connection according to claim 1, wherein the bolt (20, 120, 220) is designed so that it cannot rotate after the flange shaft (14) is correctly positioned in the groove, and that a nut (26) attached to the bolt (20) can be tightened with a single tool.

3. A joint according to claim 1 or claim 2, wherein the groove is a generally V-shaped channel.

4. A joint according to claim 3, wherein the groove is formed from a suitably folded metal plate.

5. A connection according to any preceding claim, wherein two opposite flanks defining the open side of the groove have parallel slots (22, 24, 122, 124) and wherein the bolt can pass through these slots and is longitudinally displaceable in the slots.

6. A joint according to claim 5, wherein the slots (122, 124) are straight and parallel to the axis of the groove.

7. A joint according to claim 5, wherein the slots (22, 24) have two connected parallel regions at different distances from the center of the slot so that the bolt (20) is aligned with the center of the groove as it approaches one end of the slot.

8. A connection according to any preceding claim, wherein the bolt (20, 120, 220) has a region between its ends which is not rounded and which is arranged to be positioned against the flange shaft to prevent rotation of the bolt during tightening of the nut thereon.

9. A connection according to claim 8, wherein the non-rounded area (30) on the bolt (20) is larger than the width of the slot (22) in which the bolt lies in its shaft-securing position.

10. A connection according to claim 8 or claim 9, wherein the bolt (120) has a tapered, non-rounded portion so that the shaft is pressed firmly into the groove of the connecting joint when a nut is fastened onto the bolt.

11. A connection according to any preceding claim, wherein the bolt (220; 338) is attached to a sleeve (234, 334) which can slide along the connecting joint (218, 318) between the first and second positions.

12. A connection according to claim 11, wherein the sleeve (234) has two spaced-apart sides between which the bolt extends.

13. A connection according to claim 11, wherein the sleeve (334) completely encloses the connecting joint, and the bolt (338) is guided radially through a threaded hole on the sleeve so that it can be tightened directly against the shaft in the groove.